PureAir – Entwicklung langzeitstabiler Filter mit geringem Druckverlust auf Basis elektrisch leitfähiger getufteter Strukturen zum Einsatz in Raumluftreinigern

Konventionelle filterbasierte Raumluftreiniger verwenden bisher vorwiegend entweder Elektretfilter (niedriger Druckverlust, aber geringe Langzeitstabilität) oder elektrostatische Abscheider (ressourcenschonend da waschbar, aber häufig ozonemittierend). Ziel des Projekts war die Entwicklung einer Filtrationslösung, die eine hohe Abscheideeffizienz bei niedrigem Druckverlust mit Ozonfreiheit, Langzeitstabilität und Waschbarkeit verbindet. Dies sollte mit einer dreidimensionalen getufteten Polstruktur aus elektrisch leitenden Fasern erreicht werden. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an das Material soll die elektrostatische Abscheidung dauerhaft erhalten werden und durch die geringen Abstände zwischen den Fasern können auch Partikel niedriger elektrischer Mobilität abgeschieden werden. 

In ersten Vorversuchen zur Bestimmung der rein mechanischen Abscheideeffizienz erwiesen sich dabei isolierende Mikro-fasergarne und leitfähige Reihen aus Edelstahlgarnen auf einen Standard-Tuftingträger als am besten geeignet. Mit diesen konnten vergleichbare Abscheideeffizienzen und Druckverluste wie in konventionellen Filtermedien für Luftreiniger erreicht werden. Im nächsten Schritt wurden die Filtermedien in einem speziell dafür entwickelten Filtermedienprüfstand elektrisch kontaktiert. Dabei stellte sich eine ausreichende Isolation zwischen den benachbarten leitfähigen Reihen als erhebliche Herausforderung dar. Durch systematische Parametervariation konnten jedoch letztlich Konstruktionsparameter gefunden werden, bei denen sich Spannungen von bis zu 4,5 kV ohne Überschläge an das Filtermedium anlegen ließen. Dadurch ließ sich eine Anhebung der minimalen Abscheideeffizienz von etwa 30 % auf über 60 % erreichen. Die Struktur wurde dabei durch Variation der Parameter wie Teilung, Stichdichte, Polhöhe, Polstruktur und Kombination isolierender und leitfähiger Polgarne weiter optimiert. 

Aus dem am besten geeigneten Filtermaterial wurde schließlich ein vollformatiger Filter für einen Raumluftreiniger konfektioniert. Bei diesem traten jedoch erneut Probleme bei der elektrischen Isolierung zwischen den leitfähigen Reihen auf, die während der Laufzeit des Projekts nicht mehr gelöst werden konnten.  

So wurde die generelle Machbarkeit des Projektansatzes auf der Skala von Filtermedien erfolgreich demonstriert, die Übertragung auf einen kompletten Filter im Raumluftreiniger steht allerdings noch aus. Bei einigen Proben zeigte sich eine plötzliche starke Erhöhung der Abscheideeffizienz ab einer bestimmten angelegten Spannung, die vermutlich auf eine kontrollierte Coronaentladung im Filtermedium zurückzuführen ist. Das Verhalten konnte noch nicht reproduzierbar kontrolliert werden, bietet aber einen interessanten Ansatzpunkt für weitere Entwicklungen. 

Abbildung: Getuftete Filterstruktur mit elektrisch leitfähigen Filterelementen

Förderprogramm und Projektnummer

IGF 21783 N2

Der Schlussbericht kann als Schriftenreihe des TFI bezogen 2024/125 werden.

Laufzeit

01.04.2021 - 30.09.2023